模拟汽车继电器条件下AgW、AgSnO2触头材料的电弧侵蚀性能研究

　　1引言

　　电触头是开关电器的关键元件,在电能的转换、输配、控制与调节过程中起着重要的作用,其性能的好坏直接影响开关电器的寿命及可靠性[1]。在银基电触头材料中, AgCdO约占60%,被誉为“万能触头”,但由于Cd有毒,各国研究者已经研制出多种替代AgCdO的材料,其中最广泛应用的是AgSnO2电触头材料[2,3]。

　　过去,我国汽车开关产品中所用的电触头材料多为纯Ag或银铜合金,有的甚至采用昂贵的Pt或铂合金[4]。纯Ag或银铜合金虽然具有良好的导电性和较低的接触电压降,但存在着直流电弧作用下触头材料定向转移严重、受瞬间大电流冲击时易发生粘着和永久性熔焊以及触头体积大、耗银高等缺点[5,6]。铂、钯合金触头材料的性能优于Ag及银铜合金,但价格昂贵。随着我国汽车工业的迅速发展,带动了汽车电器产品的发展,同时也对汽车电器产品品质及经济性能提出了更高的要求。

　　本研究采用粉末冶金法[7, 8]制备了AgSnO2和AgW电触头材料,对两类材料的密度、硬度、抗压强度和导电性能进行测试及微观组织的观察。按照GB/T 14598.4-1993《电气继电器第14部分:电器触点的寿命试验触点负载的优先值》设计的触头动态性能测试系统对AgSnO2和AgW触头进行测试,在模拟汽车电流、电压等条件下进行30 000次的持续通断试验,对触头材料的转移、粘附与熔焊、触头表面的形貌等进行了分析。

　　2制备工艺

　　用球磨机分别将Ag、W粉和Ag、SnO2粉按一定比例混合后压制成形。采用真空烧结炉烧结,在真空条件下控制升温速度直接加热至870℃后保温2 h,随炉冷却至室温;经复压及后续处理,制得触头材料成品。工艺流程:不同配比粉末混合球磨混粉初压烧结复压及后续处理触头。

　　3结果与讨论

　　3.1微观组织分析

　　表1列出了本研究制备的AgW和AgSnO2电触头材料的成分配比。图1是对应于表1成分的5种触头材料的金相照片。

　　从图1可以看出, AgW触头材料随着W含量的增加,团聚逐渐明显,而AgSnO2材料组织均匀,这是因为SnO2颗粒与Ag的浸润性好,在与Ag单质混粉过程中, SnO2颗粒能够弥散分布于银基体中,避免了团聚。由于SnO2组织弥散细小,减小了SnO2对银基体的割裂作用,改善了触头材料加工成型差的问题。同时由于SnO2弥散分布,避免SnO2在银基体中富集形成绝缘层,提高了触头的导电性和电寿命。而Ag与W的浸润性不好,导致出现很多团聚。

　　3.2静态性能测试

　　分别对5种触头材料的力学物理性能进行测试,结果见表2。

　　从表2可以看出,对于AgW触头材料,随着W的增加, AgW触头的密度和硬度增加,但导电度和抗压强度降低,这主要是由于W是一种高硬度、高密度、高电阻率的金属。同时,可以看出AgW材料的密度、硬度和抗压强度普遍优于AgSnO2(10)材料,但导电度低于AgSnO2(10)。AgW材料的导电性能有待提高。